Види лазерів

Лазер (англ. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — це пристрій, що використовує явище вимушеного випромінювання для генерування або підсилення монохроматичного, когерентного та висококонцентрованого пучка світла. Лазери знаходять широке застосування в різних галузях науки, техніки, медицини тощо.

Принцип роботи лазера

Основним принципом роботи лазера є явище вимушеного випромінювання, яке виникає внаслідок взаємодії електронів атомів або молекул з фотонами. Під впливом зовнішнього стимулу (світлового імпульсу, електричного розряду тощо) електрони переходять з високоенергетичного стану до стану з нижчою енергією, випромінюючи при цьому фотони. Ці фотони, в свою чергу, взаємодіють з іншими електронами, стимулюючи їх випромінювати фотони того ж напрямку, фази та частоти. Таким чином, виникає лавинний процес, який призводить до генерації високоенергетичного, когерентного пучка світла.

Конструкція лазера

Типова конструкція лазера складається з таких компонентів:

• Активне середовище – матеріал, в якому відбувається генерація або підсилення лазерного випромінювання. Це можуть бути кристали, гази, рідини або напівпровідники.
• Накачування – джерело енергії, яке забезпечує збудження електронів активного середовища. Накачування може бути оптичним (лампами накачування), електричним (електричним розрядом) або хімічним (хімічними реакціями).
• Резонатор – оптична система, що складається з двох дзеркал, які відбивають випромінювання назад в активне середовище. Це створює зворотній зв'язок, який підтримує генерацію або підсилення лазерного випромінювання.
• Системи керування та регулювання – елементи, що забезпечують стабільну роботу лазера та контроль параметрів випромінювання (довжини хвилі, потужності, тривалості імпульсів).

Види лазерів

Існує безліч типів лазерів, які розрізняються за різними параметрами, такими як довжина хвилі, потужність, тип активного середовища та режим генерації. Нижче наведено опис найпоширеніших типів лазерів:

Твердотільні лазери

Твердотільні лазери використовують тверді матеріали (кристали або кераміку) як активне середовище. Вони можуть працювати в широкому діапазоні довжин хвиль і характеризуються високою потужністю та енергоефективністю. Прикладами твердотільних лазерів є:

• Рубіновий лазер – перший лазер, створений в 1960 році. Випромінює в червоній області спектру (694,3 нм).
• Неодимовий лазер (Nd:YAG) – один з найпоширеніших типів лазерів, що використовується в промисловості, медицині та наукових дослідженнях. Випромінює в інфрачервоній області спектру (1064 нм).

Газові лазери

Газові лазери використовують гази (гелій, неон, аргон, вуглекислий газ тощо) як активне середовище. Вони вирізняються високою когерентністю, частотною стабільністю та можуть генерувати випромінювання в різних діапазонах довжин хвиль. Прикладами газових лазерів є:

• Гелій-неоновий лазер (He-Ne) – один із найвідоміших типів лазерів, що використовується в лазерних указках та системах зв'язку. Випромінює в червоній (633 нм) та інфрачервоній (1152 нм) областях спектру.
• Аргоновий лазер (Ar) – потужний лазер, що використовується в лазерній хірургії та промислових застосуваннях. Випромінює в синій (488 нм) та зеленій (514,5 нм) областях спектру.
• Вуглекислий газовий лазер (CO2) – один із найпотужніших типів лазерів. Випромінює в інфрачервоній області спектру (10,6 мкм), що робить його придатним для обробки матеріалів та медичних процедур.

Рідкосні лазери

Рідкосні лазери використовують рідини (барвники, розчини тощо) як активне середовище. Вони мають широку смугу перестроювання довжини хвилі, що дозволяє використовувати їх в оптичних дослідженнях та спектроскопії. Прикладами рідкосних лазерів є:

• Барвникові лазери – рідкостні лазери, що використовують органічні барвники як активне середовище. Вони забезпечують перестроювання довжини хвилі в широкому діапазоні (від УФ до ІЧ).
• Раманові лазери – рідкостні лазери, що використовують явище Раманівського розсіювання для генерації випромінювання на частотах, зсунутих відносно частоти накачування.

Напівпровідникові лазери (лазери напівпровідників)

Напівпровідникові лазери використовують напівпровідникові матеріали як активне середовище. Вони відрізняються компактністю, низькою вартістю та можливістю інтеграції з електронними схемами. Прикладами напівпровідникових лазерів є:

• Лазери на квантових точках – найбільш компактні та енергоефективні напівпровідникові лазери. Використовуються в оптичних комунікаціях та оптоелектроніці.
• Лазери вертикально-випромінюючі з поверхнею поверхневого випромінювання (VCSEL) – лазерні діоди, що випромінюють світло перпендикулярно поверхні напівпровідника. Застосовуються в лазерних покажчиках та оптичних датчиках.
• Квантові каскадні лазери (QCL) – потужні напівпровідникові лазери, що випромінюють в середньому інфрачервоному діапазоні. Використовуються в спектроскопії, сенсорах та медичних приладах.

Застосування лазерів

Лазери мають широкий спектр застосування в різних сферах науки, техніки, медицини тощо:

• Обробка матеріалів – лазерне різання, гравіювання, зварювання тощо.
• Медицина – лазерна хірургія, дерматологія, офтальмологія тощо.
• Наукові дослідження – спектроскопія, мікроскопія, атомна та молекулярна фізика тощо.
• Телекомунікації – оптичні кабелі, лазерні зв'язки тощо.
• Вимірювання – лазерні далекоміри, рівнеміри, швидкостіміри тощо.
• Оптоелектроніка – лазерні покажчики, лазерні принтери, оптичні сенсори тощо.

Лазери є важливими оптичними пристроями, які знайшли широке застосування в різних сферах. Різноманітність типів лазерів дозволяє вибрати оптимальне рішення для конкретних потреб застосування. Від твердотільних лазерів з високою потужністю до напівпровідникових лазерів з малою вартістю та компактністю, лазери продовжують революціонізувати сучасні технології.

Запитання, що часто задаються

1. Що таке лазер?
   Лазер – це пристрій, що генерує або підсилює монохроматичне, когерентне та висококонцентроване пучка світла.
2. Як працює лазер?
   Лазери використовують явище вимушеного випромінювання

Залишити коментар

Опубліковано Максим на 19 05 2024. Поданий під Вікі. Ви можете слідкувати за будь-якими відповідями через RSS 2.0. Ви можете подивитись до кінця і залишити відповідь.